16日，他到上海，第5軍隨即接替了19路軍由江灣北端經廟行鎮、蘊藻浜至吳淞西端一線之防務，並以一部兵力擔任沿江警戒。
18日，張治中奉命擔任左翼軍指揮官，蔡廷鍇任右翼軍指揮官。
部署大體就緒後，他向蔣介石發了一電，表示“此次奉命抗戰，即下了最大決心，誓以死報國，並與19路軍團結一致……和衷共濟”。
同時又發布了《告全軍將士書》，指出：“打倒日本帝國主義，是我們全國一致的呼聲，一致的要求，一致的決心。
現在，行動已代替了口號，實力已代替了空言。
我們的存亡，將訴之於極猛烈的戰鬥……治中個人誓與我軍將士共患難，同生死，深望我全軍將士，人抱必死之心，以救國家，以救民族 。
假如日軍有一兵一卒留我國內，我們的責任即未完成；反之，我們如尚有一兵一卒，必與敵人拚命到底……同誌們沖向前去，最後的勝利 ，終屬我們最後的努力者!
”
經過多次戰鬥動員，全軍將士群情振奮，鬥誌昂揚，與敵展開了猛烈的戰鬥，打退了敵人的多次進攻。
日軍企圖從幾方麵包抄我吳淞守軍的計劃完全被粉碎。
2月中旬，野村指揮官因作戰不利被撤換，改由第9師團長植田謙吉接任。
此時，日陸軍已達3萬人，野炮增至六七十門，飛機60餘架，戰艦增至數十艘，海軍陸戰隊已調往次要戰線。
2月18日，植田向蔡軍長提出一個“哀的美敦書”，要求上海駐軍必須於2月20日7時將第一線部隊撤完，拆除炮台及其他一切軍事設施。
並威脅說：“如以上各項不能實行時，日軍將採取自由行動。
其結果所產生之一切責任，由貴軍負之。”
蔡軍長接到“哀的美敦書”後，非常憤慨，即與蔣光鼐總指揮等高級將領商議，下令前線部隊集中炮火向日軍陣地猛轟，作為對植田的回 答。
2月20日晨，敵人發動了第二次總攻，一路進擊張華濱一帶，一路由楊家浦進犯，攻勢甚猛。
江灣、廟行位於閘北與吳淞之間，由於位置重要，是敵進攻的重點，從早到晚戰鬥沒有停歇。
經過一天的血戰，入夜敵繼續進攻，竟夜炮聲不絕。
21日，植田總司令親自指揮進攻，我陣地工事被毀很多。
我軍官兵總結了經驗教訓，敵炮轟時，隱蔽在戰壕內，沉著不動，待敵步兵接近，就用手榴彈、步槍迎頭痛擊，衝鋒肉搏，迫敵後退。
22日，敵又傾巢來犯。
我廟行鎮以南88師527團第3營大、小麥家宅陣地工事全部被炸毀，營長陳振新陣亡，陣地被敵突破一段，形勢十分危急。
這時，張治中軍長親率教導總隊到88師指揮、策應。
他令87師259旅孫元良旅長率部向廟行增援；令守蘊藻浜北岸的宋希濂旅長率其主力由紀家橋渡河抄襲敵側背；令俞濟時師長率部對被敵突 破地區實施反攻。
我61師張炎副師長率2個團由竹園墩出擊。
在我三麵夾擊下，敵倉皇潰逃。
廟行戰鬥是開戰以來最激烈的一次戰鬥。
敵第9師團及留米混成旅團的精銳橫屍遍野，達三四千具之多。
我軍亦傷亡一千多官兵。
3天後，蔣介石在給張治中將軍的電報中稱：“自經22日廟行鎮一役，我軍聲譽在國際上頓增十倍。
連日各國輿論莫不稱頌我軍精勇無敵，而倭寇軍譽則一落千丈也。”
我軍在前線痛擊敵軍時，我敢死隊員潛水將敵旗艦“出雲號”炸傷，致使日本國內朝野震動，且因勞師無功，戰事無法速決，引起了反戰 浪潮。
但日軍不甘心其失敗，又撤換了植田，改派陸軍大臣白川義則大將率3個師10萬大軍來滬作戰，同時增調飛機200多架。
這時，我軍已戰鬥月餘，兵員、武器彈藥消耗很多，防守戰線又綿延百餘裏。
蔣介石嘴上講得好聽，但不派援兵，使守滬官兵處境十分困難。
如：我軍左側背綿延數十裏的沿江警戒線，隻由張治中的總教導隊一個營和東北大學校長馮義勇先生組織的學生義勇軍擔任守備任務。
而此防線對我至關重要，南京總部也要求早做準備。
張治中將軍隻能把原守蘊藻浜北岸陣地的87師2個團調往田灣為預備隊，準備一旦戰役吃緊，前可策應江灣、廟行，後可兼顧瀏河、楊林口 等長江防線。
但這仍是戰役布局中的一大漏洞。
日軍吸取了與我軍正麵作戰不利的教訓，又看出了我軍布局上的缺點，遂改變戰術，沿長江沿岸向我軍側背進攻。
白川義則大將的10萬增援人馬來到上海後，即令第14師團全部住在運輸艦中，泊在崇明海麵待命。
日軍為了麻痹上海守軍，實現其作戰意圖，又把“滿洲公主”東珠這個女間諜放了出來。
上海戰事爆發後，東珠就像一隻綠頭蒼蠅在戰區內飛來飛去，極盡破壞之能事。
她為了掌握中國軍隊的陣地及指揮官位置，與日軍霞浦航空隊的海軍飛行員打得火熱，這些飛行員經常帶她上天，向她詳細介紹我區內她 需要了解的一切。
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18日，張治中奉命擔任左翼軍指揮官，蔡廷鍇任右翼軍指揮官。
部署大體就緒後，他向蔣介石發了一電，表示“此次奉命抗戰，即下了最大決心，誓以死報國，並與19路軍團結一致……和衷共濟”。
同時又發布了《告全軍將士書》，指出：“打倒日本帝國主義，是我們全國一致的呼聲，一致的要求，一致的決心。
現在，行動已代替了口號，實力已代替了空言。
我們的存亡，將訴之於極猛烈的戰鬥……治中個人誓與我軍將士共患難，同生死，深望我全軍將士，人抱必死之心，以救國家，以救民族 。
假如日軍有一兵一卒留我國內，我們的責任即未完成；反之，我們如尚有一兵一卒，必與敵人拚命到底……同誌們沖向前去，最後的勝利 ，終屬我們最後的努力者!
”
經過多次戰鬥動員，全軍將士群情振奮，鬥誌昂揚，與敵展開了猛烈的戰鬥，打退了敵人的多次進攻。
日軍企圖從幾方麵包抄我吳淞守軍的計劃完全被粉碎。
2月中旬，野村指揮官因作戰不利被撤換，改由第9師團長植田謙吉接任。
此時，日陸軍已達3萬人，野炮增至六七十門，飛機60餘架，戰艦增至數十艘，海軍陸戰隊已調往次要戰線。
2月18日，植田向蔡軍長提出一個“哀的美敦書”，要求上海駐軍必須於2月20日7時將第一線部隊撤完，拆除炮台及其他一切軍事設施。
並威脅說：“如以上各項不能實行時，日軍將採取自由行動。
其結果所產生之一切責任，由貴軍負之。”
蔡軍長接到“哀的美敦書”後，非常憤慨，即與蔣光鼐總指揮等高級將領商議，下令前線部隊集中炮火向日軍陣地猛轟，作為對植田的回 答。
2月20日晨，敵人發動了第二次總攻，一路進擊張華濱一帶，一路由楊家浦進犯，攻勢甚猛。
江灣、廟行位於閘北與吳淞之間，由於位置重要，是敵進攻的重點，從早到晚戰鬥沒有停歇。
經過一天的血戰，入夜敵繼續進攻，竟夜炮聲不絕。
21日，植田總司令親自指揮進攻，我陣地工事被毀很多。
我軍官兵總結了經驗教訓，敵炮轟時，隱蔽在戰壕內，沉著不動，待敵步兵接近，就用手榴彈、步槍迎頭痛擊，衝鋒肉搏，迫敵後退。
22日，敵又傾巢來犯。
我廟行鎮以南88師527團第3營大、小麥家宅陣地工事全部被炸毀，營長陳振新陣亡，陣地被敵突破一段，形勢十分危急。
這時，張治中軍長親率教導總隊到88師指揮、策應。
他令87師259旅孫元良旅長率部向廟行增援；令守蘊藻浜北岸的宋希濂旅長率其主力由紀家橋渡河抄襲敵側背；令俞濟時師長率部對被敵突 破地區實施反攻。
我61師張炎副師長率2個團由竹園墩出擊。
在我三麵夾擊下，敵倉皇潰逃。
廟行戰鬥是開戰以來最激烈的一次戰鬥。
敵第9師團及留米混成旅團的精銳橫屍遍野，達三四千具之多。
我軍亦傷亡一千多官兵。
3天後，蔣介石在給張治中將軍的電報中稱：“自經22日廟行鎮一役，我軍聲譽在國際上頓增十倍。
連日各國輿論莫不稱頌我軍精勇無敵，而倭寇軍譽則一落千丈也。”
我軍在前線痛擊敵軍時，我敢死隊員潛水將敵旗艦“出雲號”炸傷，致使日本國內朝野震動，且因勞師無功，戰事無法速決，引起了反戰 浪潮。
但日軍不甘心其失敗，又撤換了植田，改派陸軍大臣白川義則大將率3個師10萬大軍來滬作戰，同時增調飛機200多架。
這時，我軍已戰鬥月餘，兵員、武器彈藥消耗很多，防守戰線又綿延百餘裏。
蔣介石嘴上講得好聽，但不派援兵，使守滬官兵處境十分困難。
如：我軍左側背綿延數十裏的沿江警戒線，隻由張治中的總教導隊一個營和東北大學校長馮義勇先生組織的學生義勇軍擔任守備任務。
而此防線對我至關重要，南京總部也要求早做準備。
張治中將軍隻能把原守蘊藻浜北岸陣地的87師2個團調往田灣為預備隊，準備一旦戰役吃緊，前可策應江灣、廟行，後可兼顧瀏河、楊林口 等長江防線。
但這仍是戰役布局中的一大漏洞。
日軍吸取了與我軍正麵作戰不利的教訓，又看出了我軍布局上的缺點，遂改變戰術，沿長江沿岸向我軍側背進攻。
白川義則大將的10萬增援人馬來到上海後，即令第14師團全部住在運輸艦中，泊在崇明海麵待命。
日軍為了麻痹上海守軍，實現其作戰意圖，又把“滿洲公主”東珠這個女間諜放了出來。
上海戰事爆發後，東珠就像一隻綠頭蒼蠅在戰區內飛來飛去，極盡破壞之能事。
她為了掌握中國軍隊的陣地及指揮官位置，與日軍霞浦航空隊的海軍飛行員打得火熱，這些飛行員經常帶她上天，向她詳細介紹我區內她 需要了解的一切。
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